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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Convergence d'une intégrale

Posté par
scoatarin
16-06-18 à 18:00

Bonjour,

Voici un exercice qui me pose problème à la première question.

Soit n . On pose In = \int_{0}^{1}{(ln x)^n dx.}

1. Montrer que In est convergente.

2. Calculer In+1 en fonction de In.

3. Calculer In en fonction de n.

1) Je crois qu'il faut étudier |ln x)|n au voisinage de 0 pour montrer que cette intégrale converge absolument, mais, si c'est bien le cas, je ne vois pas comment le montrer.

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 18:03

bonjour

compare
(\ln(x))^n et \sqrt{x} ... par exemple

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 18:40

alors ????

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 18:41

Je ne vois pas comment faire sans utiliser de valeur absolue car au voisinage de 0, le signe de (ln(x))n varie en fonction de la parité de n, non ?

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 18:43

quelle est la limite de \sqrt{x} \times (\ln(x))^n quand x tend vers 0 ?

par curiosité : la date de naissance de ton profil est juste ?

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 18:49

la limite de \sqrt{x} \times (\ln(x))^n quand x tend vers 0 est 0.

Oui, la date de naissance de mon profil est juste.

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 18:54

donc

|\ln(x)|^n < \sqrt{x}

au voisinage de 0 ... et qui converge en 0

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 18:55

pardon ...

|\ln(x)|^n < \dfrac{1}{\sqrt{x}}

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 18:55

et  \dfrac{1}{\sqrt{x}} converge en 0

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 19:17

Pour tout n , l'intégrale  \int_{0}^{1}{\frac{1}{\sqrt x}\ dx} est convergente, donc par théorème de comparaison,  l'intégrale  In est absolument convergente, donc convergente.

  

Posté par
lionel52
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 19:31

Citation :
Pour tout n , l'intégrale  \int_{0}^{1}{\frac{1}{\sqrt x}\ dx} est convergente,



Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 16-06-18 à 19:41

C'est pas faux, puisque cette intégrale est indépendante de n

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 10:03

Bonjour,

matheuxmatou

Merci bien pour ton aide

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 10:20

un plaisir

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 10:41

Décidément, je n'arrive pas à faire une IPP pour répondre à la question 2.

Merci de bien vouloir m'aider à résoudre cette question aussi..

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 11:00

dans In+1 , en posant u(x)=(ln(x))n+1 et v'(x)=1, cela ne marche pas ?

(pour la "valeur" de x(ln(x))n+1  en 0, on prend bien sûr la limite

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 11:10

Oui, merci.

Je viens de trouver comment dériver correctement u(x).

Très souvent, j'oublie d'identifier que je dois dériver une fonction composée quand le cas se présente

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 11:18

oui, c'est une erreur courante

je pense que tu trouves un truc du genre :

In+1 = -(n+1) In

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 11:33

Oui, c'est çà :

Pour n 1, on a la relation In  =  -n In-1   et  I0  =  1.

Posté par
carpediem
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 13:35

salut

matheuxmatou @ 16-06-2018 à 18:55

pardon ...

|\ln(x)|^n < \dfrac{1}{\sqrt{x}}
en es-tu sur ?

ln (0,01) -4,6

[ln (0,01)]^10 4,3 . 10^6

1/0,01)  = 10

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 14:41

Salut carpediem

Je propose donc :

|\ln(x)|^n < \dfrac{1}{(\sqrt{x})^n}

Posté par
carpediem
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 14:57

l'intégrale de cette majoration diverge (il suffit de prendre n = 2)

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 15:00

Exact, que proposes tu alors ?

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 15:05

1/x2n peut-être ?

Posté par
carpediem
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 15:08

il ne me semble pas que cette suite converge ...

soit I = ]0, 1/e] et J = ]1/e, 1]

alors ]0, 1] = I U J

si 1/e < x =< 1 alors -1 < ln x =< 0 et |ln x|^n =< 1 donc |ln x|^n --> 0  (sauf pour x = 1 ... mais ce n'est qu'un point) et l'intégrale tend vers 0

mais si 0 < x < 1/e alors ln x < -1 donc |ln x|^n > 1 et même |ln x|^n --> +oo donc l'intégrale diverge

Posté par
scoatarin
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 15:08

Non, c'est faux, je ne sais pas

Posté par
larrech
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 16:03

Bonjour,

L'intégrale I_n est me semble-t-il bien convergente.

L'inégalité en question est fausse, mais pour expliquer les choses d'une façon imagée, il ne faut pas regarder les courbes représentatives (C_1) de  y=|lnx|^n   et  (C_2) de y=\sqrt{x} pour x petit voisin de 0+, à x constant, mais à y constant.

Si l'on coupe par une droite parallèle à l'axe des x, la courbe  (C_2) est plus "à droite" que la courbe  (C_1) , donc "au dessus" du point de vue de l'aire qu'elle délimite avec l'axe des ordonnées.

En d'autres termes soit y_0   et n fixés alors, et soient x_1 et x_2 tels que

y_0 =|lnx_1|^n=\sqrt{x_2} , alors x_2>x_1

Posté par
carpediem
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 16:19

cela me semble plus convaincant ... même si je reste dubitatif ...


néanmoins la suite du pb ne peut que mettre tout le monde d'accord : les questions 2/ et 3/ donneront la réponse ...

Posté par
carpediem
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 16:28

pour voir ...

Convergence d\'une intégrale

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 18:11

carpediem @ 17-06-2018 à 13:35

salut

matheuxmatou @ 16-06-2018 à 18:55

pardon ...

|\ln(x)|^n < \dfrac{1}{\sqrt{x}}
en es-tu sur ?

ln (0,01) -4,6

[ln (0,01)]^10 4,3 . 10^6

1/0,01)  = 10


oui d'accord, je ne suis pas assez précis, mais au voisinage de 0 quand même ...

pour n fixé, \sqrt{x} \times (\ln(x))^n tend bien vers 0 quand x tend vers 0 non ?

donc la valeur absolue est bien inférieure à 1 pourvu qu'on soit proche de 0 ... non ?

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 18:18

carpediem @ 17-06-2018 à 15:08

il ne me semble pas que cette suite converge ...

soit I = ]0, 1/e] et J = ]1/e, 1]

alors ]0, 1] = I U J

si 1/e < x =< 1 alors -1 < ln x =< 0 et |ln x|^n =< 1 donc |ln x|^n --> 0  (sauf pour x = 1 ... mais ce n'est qu'un point) et l'intégrale tend vers 0

mais si 0 < x < 1/e alors ln x < -1 donc |ln x|^n > 1 et même |ln x|^n --> +oo donc l'intégrale diverge


là je ne comprends plus !

\dfrac{1}{\sqrt{x}} > 1 sur ]0;1], et tend vers l'infini en 0

pourtant \int_0^1 \dfrac{1}{\sqrt{x}} dx converge bien non ? ou alors c'est la sénilité qui me guette ?

Posté par
carpediem
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 18:37

tu as raison mon argument ne tiens pas ...

mais cela tend -il suffisamment vite vers 0 indépendamment de n ?

carpediem @ 17-06-2018 à 16:19

cela me semble plus convaincant ... même si je reste dubitatif ...


néanmoins la suite du pb ne peut que mettre tout le monde d'accord : les questions 2/ et 3/ donneront la réponse ...
attendons donc le calcul de cette intégrale ...

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 18:38

je viens de comprendre d'où vient votre problème !

je ne prétends pas établir une majoration indépendante de n ...

j'établis simplement qu'à n fixé, l'intégrale converge... et c'est bien la question non ?

Posté par
luzak
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 18:38

Du calme : vous ne parlez pas de la même convergence.
1. L'intégrale I_n est convergente.
2. La suite n\mapsto I_n n' a pas de limite.

1. \lim_{x\to0}\sqrt x\,(\ln x)^n=0 est une condition suffisante , pour une fonction de signe constant, pour la convergence de l'intégrale. Le n qui traîne là-dedans c'est du cinéma !
2. La relation de récurrence est, sauf erreur, I_{n+1}=-(n+1)I_n.
Avec I_0=1 cela donne I_n=(-1)^nn!.

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 18:40

ben oui, voilà ! merci Luzak

Posté par
carpediem
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 18:46

exactement c'est ce que je trouve ...

désolé je me suis effectivement mélangé les pinceaux entre la convergence de l'intégrale I_n et la convergence de la suite (I_n) ...

désolé !!

et merci luzak pour cette pertinente intervention et juste arbitrage

Posté par
matheuxmatou
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 18:48

carpediem

ah ... tu me rassures ! je commençais à me dire que mon cerveau partait en sauce blanche !

je vais dormir plus tranquille !

Posté par
carpediem
re : Convergence d'une intégrale 17-06-18 à 19:34

comme tu le vois le mien part déjà en cacahuète  ... de temps en temps !!!



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